Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные проблемы теплогазоснабжения населенных мест и предприятий. Учебное пособие (курс лекций)
.pdf
151
g-×= , (4.3)
Q
( )
ttG
впр
где Q – мощность теплового потока, от прибора, Вт;
G – масса прибора, кг;
t
– средняя температура поверхности прибора, °С;
пр
tв – температура внутри помещения, °С.
Чем больше тепловое напряжение, тем экономичней отопительный прибор по расходованию металла на его изготовление.
Повысить тепловое напряжение можно, как это видно из уравнения (4.3), путем повышения коэффициента теплопередачи, обеспечивающего увеличение мощности теплового потока, уменьшение массы прибора, отнесенной к 1 м2 поверхности нагрева, снижением массы экм либо путем соответственного изменения обоих
факторов.
Санитарно-гигиеническая оценка отопительного прибора характеризуется конструктивным решением прибора, облегчающего
содержание его в чистоте, удобством регулирования теплоотдачи,
долей тепла, лучеиспусканием (лучистые системы отопления имеют наивысшую санитарно-гигиеническую характеристику).
Отопительный прибор должен отдавать помещению расчетное
количество тепла, определяемое величиной теплопотерь здания.
Отопительные приборы должны иметь красивую форму и быть
достаточно компактными. Кроме упомянутого, прибор должен
удовлетворять монтажно-строительным требованиям: обладать
возможно меньшими строительными габаритами (длиной и глубиной для возможности установки приборов без ниш), допускать
возможность компоновки прибора, требуемой поверхности нагрева путем сборки из отдельных элементов.
Виды отопительных приборов
Отопительные приборы делятся на пять основных видов: радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы (три
вида приборов этого типа имеют гладкую внешнюю поверхность),
конвекторы, ребристые трубы (имеют ребристую поверхность).
К приборам с ребристой внешней поверхностью относятся также
калориферы, применяемые для нагревания воздуха в системах вентиляции и воздушного отопления.
152
По материалу, из которого изготавливаются отопительные приборы, различают металлические, комбинированные и неметаллические
приборы. Металлические приборы выполняют в основном из серого
чугуна и стали (листовой стали и стальных труб). Применяют также
медные трубы, листовой алюминий и другие материалы.
По тепловой инерции приборы можно разделить на малоинерционные и инерционные. Малоинерционные приборы имеют небольшую массу и вмещают малое количество воды. Такие приборы выполнены на основе металлических труб малого диаметра,
быстро изменяют теплопередачу в помещении при регулировании
количества теплоносителя. Теплоинерционные приборы – массивные, вмещающие значительное количество воды, медленно изменяют теплопередачу в помещении.
Таблица 4.1
Технические характеристики ребристых чугунных труб
Длина, м
Поверхность нагрева
м2 экм
Коэффициент
пересчета, м2/экм
Масса одной
трубы, кг
0,5 1 0,69 0,69 18,0
0,75 1,5 1,03 0,69 26,2
1 2 1,37 0,69 37,5
1,5 3 2,07 0,69 56,5
2 4 2,76 0,69 75,2
Таблица 4.2
Технические характеристики чугунных секционных радиаторов
Высота
Наименование
прибора
Поверхность
нагрева секции
(панели)
м2 экм
/экм
2
Ширина
Коэф-т пере-
полная
счета, м
монтажная
Глубина
Масса одной
М-140 0,254 0,310 1,22 582 500 96 140 7,60
РД-90 0,203 0,275 1,35 582 500 96 90 6,96
М-140-АО 0,299 0,35 1,17 585 500 96 140 7,52
М-140-АО-300 0,17 0,217 1,276 382 300 96 140 5,29
РД-90-С 0,203 0,275 1,35 582 50 96 90 6,95
секции, кг
153
Таблица 4.3
Технические характеристики конвекторов
плинтусного типа без кожуха с оребрением
Тип конвектора
Наименование показателя
15
КП
16
КП
17
КП
18
КП
Высота, мм 80 80 80 80 80
Глубина (ширина), мм 60 60 60 60 60
Длина секции, мм 750 1000 1250 1500 1750
Масса элемента, кг 2,6 3,4 4,2 5,0 5,9
Поверхность нагрева, м2 0,55 0,73 0,95 1,14 1,37
Поверхность нагрева (одноряд-
ная установка), экм
0,34 0,46 0,6 0,7 0,86
Таблица 4.4
Технические характеристики стальных панельных радиаторов
Высота
Наименование
прибора
Поверхность
нагрева сек-
ции (панели)
м2 экм
/экм
2
Ширина
Коэф-т пере-
Полная
счета, м
Монтажная
Глубина
М3-500-1 0,64 0,83 1,3 564 500 518 25 7,5
М3-500-2 0,96 1,25 1,3 564 200 766 25 11,0
М3-500-3 1,20 1,56 1,3 564 500 952 25 13,8
М3-500-4 1,60 2,08 1,3 564 500 1260 25 18,8
М3-500-5 1,92 2,40 1,25 564 500 1510 25 22,6
М3-350-1 0,425 0,60 1,4 406 350 518 25 5,97
М3-350-2 0,637 0,89 1,4 406 350 766 25 8,65
М3-350-3 0,797 1,2 1,4 406 350 952 25 10,8
М3-350-4 0,062 1,49 1,4 406 350 1262 25 14,4
19
КП
Масса одной
секции, кг
154
Таблица 4.5
Технические характеристики конвекторов типа «Комфорт»
Поверхность нагрева
Высота, мм
ко-
жуха
пол-
ная
Глубина,
мм
Диаметр
пластин,
трубы, мм
Шаг
мм
в экм при длине кон-
вектора, м
0,71 0,11 1,51
15 7,5 0,76 1,27 1,70 215 275 62
15 7,5 0,985 1,64 2,30 215 315 124
15 5,0 1,24 2,06 2,87 215 315 124
20 7,5 1,53 2,55 3,57 215 315 124
155
ЛЕКЦИЯ 5
ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ
И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
Цель: ознакомление с системами теплогазоснабжения про-
мышленных и гражданских зданий, методиками расчета и выбора
элементов этих систем, а также областью их применения.
5.1. Принципы и системы теплоснабжения
В современных условиях рыночных отношений и сопутствующей им устойчивой тенденции роста цен на основные энергоносители вопросы рационального производства, транспортировки, распределения и потребления тепловой и электрической энергии приобретают общегосударственное значение, что отразилось в принятом Федеральном законе Российской Федерации «Об энергосбережении», утвержденном Президентом России.
За десятилетия развития плановой социалистической экономики в нашей стране сформировалась и успешно развивалась классическая централизованная схема тепло- и электроснабжения крупных индустриальных районов и современных мегаполисов. Особенности централизации заключаются в следующем.
Так, до 70 % электроэнергии у нас в стране производится на тепловых электростанциях, из которых большая часть конденсационные электростанции. Энергетический кпд таких электростанций
не превышает 40 %. Этот технологический барьер не может преодолеть ни одна станция в мире, так как все они работают по пароконденсационному циклу Ренкина и в рамках второго закона термодинамики. А в соответствии с этим законом за преобразование
теплоты в механическую работу необходимо «расплатиться» с
природой частью используемой теплоты. Пока эта часть, сбрасываемая в окружающую среду, превышает полезно используемое
тепло. Здесь же возникает еще одна проблема: у энергетиков самые напряженные взаимоотношения с природоохранными организациями, так как фактор теплового загрязнения окружающей среды приобретает глобальный общепланетарный характер.
Далее, между источником (электростанцией) и потребителем в
распределительных электрических сетях теряется еще до 10¸15 %
энергии. В итоге до потребителя доходит не более 30 ¸ 35 % от
энергии первичных топливно-энергетических ресурсов.
156
Решением проблемы может служить схема комбинированной
выработки электрической и тепловой энергии, которая реализуется
на современных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), где низкопотенциальный отработанный теплоноситель (пар) используется на нужды
теплоснабжения прилегающих микрорайонов и промышленных
предприятий. Общий энергетический кпд теплофикационного
цикла достигает 75 ¸ 80 %.
Традиционная для нашей страны схема централизованного теплоснабжения на базе ТЭЦ и разветвленной теплосети обладает рядом достоинств. Но в условиях перехода к новым хозяйственным
механизмам многие из объективных достоинств централизованных
систем оборачиваются недостатками, главным из которых является протяженность теплотрасс. В силу сверхнормативного износа
основных фондов ЖКХ, который во многих регионах составляет
60 ¸ 70 %, суммарные потери тепловой энергии на всех этапах ее
продвижения от источника к потребителю достигают 30 ÷ 35 %,
что приводит к снижению качества теплоснабжения и повышению
стоимости отпускаемого тепла.
Следует также подчеркнуть, что экономически оправданным
является строительство ТЭЦ с установленной мощностью не менее
250 ¸ 300 МВт, что соизмеримо с энергетическими потребностями
целого города с населением порядка 200 тысяч человек. Причем по
указанной выше причине все потребители должны быть компактно
расположены на минимальном удалении от источника. На практике такую идеальную схему реализовать крайне сложно.
Насущный вопрос времени – это разумная децентрализация теплоснабжения на основе бинарных (когенерационных) циклов теплоснабжения от автономных энергоисточников. Децентрализация
тепло- и энергоснабжения на базе мини-ТЭЦ – наиболее радикальный и эффективный способ устранения многих недостатков.
Экономически обоснованное применение мини-ТЭЦ в сочетании с энергосберегающими технологиями при строительстве и реконструкции промышленных и муниципальных объектов даст значительную экономию энергоресурсов в масштабах России и явится
практическим шагом по реализации государственной программы
энергосбережения.
По своей сути, когенерация – комбинированный процесс получения тепловой и электрической энергии на одном агрегате (когенерационная установка). Применение когенерационных установок
157
особенно актуально там, где речь идет о необходимости собственных автономных источников энергии. Если тепло и электричество
потребляется одновременно, то при работе этих установок энергия
топлива используется на 90 % за счет утилизации бросовой энергии – остаточного температурного потенциала выхлопных газов.
В режиме мини-ТЭЦ, то есть варианта оснащения установки
теплообменником-утилизатором, осуществляется комбинированная выработка тепловой и электрической энергии, чем обеспечивается полная энергонезависимость района, который она обслуживает. Возможны также и варианты параллельной работы мини-ТЭЦ и
централизованной теплосети.
Выбор типа системы теплоснабжения и вида используемого теплоносителя определяется по комплексу факторов на основе технико-экономических расчётов.
Районные котельные являются основным (энергогенерирую-
щим) элементом системы централизованного теплоснабжения. В
зависимости от вида заявленного потребителем теплоносителя
различают водогрейные и паровые котельные, которые оборудуются соответственно водогрейными или паровыми котлами. Возможен также вариант работы паровой котельной на водяную систему теплоснабжения: в этом случае паровой котел у источника
работает по схеме котел – бойлер.
Бойлер представляет собой пароводяной теплообменник подогрева сетевой воды, устанавливаемый в котельной. Конденсат отработанного пара на выходе из теплообменника подается питательным насосом в котел.
В паровых системах теплоснабжения подача пара потребителю по
магистральному паропроводу осуществляется за счет располагаемого
рабочего давления в котле. С учетом неизбежных теплопотерь по трассе и связанной с этим частичной конденсацией пара протяженность
паропроводов теплосети не должна превышать 1÷1,5 км.
В водяных системах теплоснабжения подача сетевого теплоносителя в прилегающие микрорайоны осуществляется сетевыми насосами. Высокие термодинамические характеристики воды, отмеченные выше, позволяют обеспечить экономически эффективное
теплоснабжение потребителей, находящихся на удалении от котельной на расстоянии 8 ÷ 10 км.
Водяные системы теплоснабжения в зависимости от числа
трубопроводов теплосети могут быть однотрубными, двухтруб-
158
ными, трёхтрубными, четырёхтрубными и комбинированными,
если число трубопроводов меняется. Схемы водяных систем теплоснабжения показаны на рисунке 5.1.
Рис. 5.1. Принципиальные схемы водяных систем теплоснабжения:
а) однотрубная (разомкнутая); б) двухтрубная открытая (полузамкнутая);
в) двухтрубная закрытая (замкнутая); г) комбинированная; д) трехтрубная; е) четырехтрубная
159
На схемах (рисунок 5.1) приняты следующие обозначения: 1 – источник
тепла; 2 – подающий трубопровод теплосети; 3 – абонентский ввод; 4 –
калорифер вентиляции; 5 – абонентский теплообменник отопления; 6 –
отопительный прибор; 7 – трубопроводы местной системы; 8 – местная
система горячего водоснабжения; 9 – обратный трубопровод теплосети;
10 – теплообменник горячего водоснабжения; 11 – водопровод холодной
воды; 12 – технологический аппарат; 13 – подающий трубопровод горячего водоснабжения; 14 – рециркуляционный трубопровод горячего водоснабжения; 15 – котельная; 16 – водогрейный котёл; 17 – насос.
Однотрубные (разомкнутые) системы являются самыми экономичными по капитальным затратам на их сооружение. Однако они
оправдывают себя только при условии совпадения среднечасовых
расходов сетевой воды на отопление и вентиляцию со среднечасовыми расходами на нужды горячего водоснабжения. Последнее
соотношение выполняется только для самых южных районов
страны, а для всех остальных отопительно-вентиляционная нагрузка превышает мощности горячего водоснабжения. Следовательно, излишки горячей воды приходится сбрасывать в дренаж,
что делает схему крайне неэкономичной (рисунок 5.1 а).
В связи с этим наибольшее распространение в России получили
двухтрубные системы теплоснабжения:
– открытые (полузамкнутые) (рисунок 5.1 б),
– закрытые (замкнутые) (рисунок 5.1 в).
При наличии разветвлённой теплосети и значительном удалении источника тепла от потребителя (например, загородная ТЭЦ)
наиболее эффективными оказываются комбинированные системы
теплоснабжения, представляющие собой сочетание однотрубной
системы с полузамкнутой двухтрубной системой (рисунок 5.1 г).
В рассматриваемом варианте пиковый водогрейный котёл размещается непосредственно в жилом микрорайоне, а от ТЭЦ до котельной подаётся только такое количество высокотемпературной
воды, которое по массовому расходу необходимо для горячего водоснабжения. Внутри теплосети района организована двухтрубная,
полузамкнутая система.
Трёхтрубные системы нашли применение в системах теплоснабжения с постоянным расходом воды, подаваемой на технологическое теплопотребление (рисунок 5.1 д). Такие системы имеют
две подающие трубы. По одной из них высокотемпературная вода
с постоянной температурой подаётся к технологическим аппара-
160
там и теплообменникам горячего водоснабжения, по другой – вода
с переменной температурой идёт на нужды отопления и вентиляции. Охлаждённая вода от всех местных систем возвращается к
источнику по одному общему трубопроводу.
Четырёхтрубные системы (рисунок 5.1 е) из-за большого расхода металла применяются лишь в мелких системах с целью упрощения абонентских вводов. В этих системах вода для горячего
водоснабжения получается непосредственно у источников тепла (в
котельных). В таком варианте у абонентов отсутствуют подогревательные установки горячего водоснабжения.
Двухтрубные водяные системы теплоснабжения могут быть закрытыми и открытыми.
В закрытых системах для горячего водоснабжения используется
водопроводная вода, подогреваемая в трубчатых теплообменниках
сетевой водой из теплосети.
В открытых системах воду для горячего водоснабжения берут
непосредственно из теплосети.
В закрытых системах сам теплоноситель нигде не расходуется,
а лишь циркулирует между источником тепла и местными системами теплопотребления. Такие системы закрыты по отношению к
атмосфере. Для закрытых систем теоретически справедливо равенство
GG = . В реальных системах всегда
прихух
GG > . Часть во-
прихух
ды теряется из системы через имеющиеся в ней неплотности (через сальники насосов, компенсаторов, арматуры и т. п.). Нормы
утечки воды из системы не превышают 0,5 % объёма воды в системе. Пополнение системы водой для компенсации утечек происходит у источников тепла.
Для открытых систем даже при отсутствии утечек характерно
неравенство
GG > , так как сетевая вода расходуется у потре-
прихух
бителя. Пополнение открытых систем водой происходит так же, как
и закрытых систем у источника тепла. Количество подпиточной воды в открытых системах значительно больше, чем в закрытых, и оно
определяется расходом в системе горячего водоснабжения.
Достоинства и недостатки открытых
и закрытых двухтрубных систем
Отсутствие на абонентских вводах открытых систем поверхностных теплообменников горячего водоснабжения и замена их де-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]